氮磷钾对生菜生长和品质的影响.doc

氮磷钾对生菜生长和品质的影响1前人研究进展1.1氮素营养对蔬菜生长和品质的影响1.1.1氮素营养与蔬菜生长氮在植物生命活动中占有首要地位，被誉为“生命元素”，对植物的生长发育极其重要。氮为植物结构组分元素，主要构成蛋白质、核酸、叶绿素、酶、辅酶、辅基、维生素、生物碱、植物激素等。氮是叶绿素合成所必需的，作为叶绿素分子的一部分，氮参与光合作用;氮是植物体内维生素和能量系统的组成部分;植物吸收的氮素大部分被用来合成蛋白质，氮是氨基酸的必需组成部分，植物体内大约10%一30%的总氮是以非蛋白质形式存在(陆景陵，1994)。蔬菜含有丰富的维生素、矿物质、碳水化合物、蛋白质、纤维素等，是人们生活中不可替代的植物性食品。由于蔬菜作物营养特性主要表现为喜肥性、喜硝(硝态氮)性、嗜钙性、需钾多、含硼量高、养分转移率低等(谭金芳，2003)，因此，结合蔬菜的营养特性进行科学合理施肥，尤其在氮肥的施用上，对提高蔬菜产量和品质具有举足轻重的地位和作用。氮素高效利用的生理机制表明:作物氮素利用效率与其体内氮素营养水平呈负相关，即体内含氮率高时，氮素利用效率下降。研究表明，施氮量的增加导致植株含氮量的增加，在高施氮量下，含氮量通常持续增加，甚至产量停止增加，含氮量还在增加。为了提高蔬菜产量，目前蔬菜生产中普遍存在盲目地偏施滥用化学肥料尤其是氮肥，造成养分比例严重失调，导致磷、钾、钙、铝等养分缺乏，迫使蔬菜生长，产量降低、品质恶化，引起蔬菜尤其是叶类和根类蔬菜硝酸盐累积(李会合等，2001)、重金属含量超标等一系列的生态和环境问题。孙兴祥等(2005)研究发现，当氮素浓度达 15mmol/L时，继续增加氮肥用量菠菜并不能增产。氮素水平对韭菜产量有显著影响，氮素水平为2mmol/L时，产量最低，16mmol/L时，产量最高，氮素水平为20mmol/L时，产量则下降(卢凤刚等，2005)。1.1.2氮素营养与蔬菜品质氮对蔬菜品质影响十分重要。业已证明，随着氮肥施用量的增加，蔬菜的Vc、可溶糖含量降低，硝酸盐含量增加，植株体内总氮、非蛋白氮含量、非蛋白氮与总氮比值、氨基酸总量增加，可滴定酸度增加，糖酸比下降。王朝辉等(2001)研究认为蔬菜硝态氮吸收与还原转化不平衡是产生累积的根本原因，硝态氮累积的增加程度远大于生长量的增加程度，这种因生长滞后而引起的养分富集效应使累积过程加剧。大量研究表明，氮肥可对蔬菜Vc含量产生非常明显影响，而且其程度和方向随氮肥用量、种类、形态及配比等不同而有所变化。DrewsM等 (1996)研究显示，蔬菜中糖分含量随氮肥用量的增加而增加，但当氮肥用量过高时，糖分含量反而会下降。因为，氮由植物主动吸收进入根部细胞后，或者就在根部还原，或者以NO3形态通过本质部迅速转运至茎和叶片中被还原。硝态氮还原所需要的能量分别由光照、还原态铁氧还蛋白(Fd)及植物体内三碳水化合物提供.所以，蔬菜吸收较多的氮必定消耗更多的碳水化合物，致使可溶性糖含量降低。另据报道，生菜地上部和根中氮、磷含量与营养液中氮素形态配比密切相关，生菜地上部和根中氮、磷含量随着营养液中硝态氮和氨态氮的比例变化而变化，氨态氮从0%到50%的比例变化过程中，生菜地上部和根中的有机氮和全磷含量显著性增加，当氨态氮的比例达到100%时，氮和全磷含量则显著性降低;生菜地上部和根中全钾含量则随着氨态氮比例的增加，含量显著性降低，在氨态氮为100%时，生菜地上部和根中全钾的含量达到最低值。生菜地上部和根中全钙和全镁的含量，与全钾含量的变化趋势相似。同一处理地上部中各无机养分含量均高于根系(徐加林，2005)。1.2磷素对蔬菜生长和品质的影响1.2.1磷素营养与蔬菜生长磷是核酸、核蛋白、磷脂、植素、ATP和含磷酶的重要组成元素，以多种方式参与植物体内代谢过程。因此，磷不仅参与了细胞的结构组成，而且在新陈代谢及遗传信息传递等方面发挥着重要作用。磷参与光合磷酸化作用，与ADP结合形成ATP，将光能储藏在ATP中，同时形成NADPH，为N还原同化提供能量和电子供体。磷促进呼吸作用，增加有机酸和ATP，可容纳更多的N+形成氨基酸。磷是磷酸毗哆醛的组成成分，磷酸毗哆醛是氨基酸转移酶的活性基团，通过氨基转移作用合成各种氨基酸，促进蛋白质的形成。磷素参与构成大分子物质的结构组成，能够促进作物根系的生长发育，提高根对生长环境中养分和水分的利用率，有利于作物进行光合作用和能量代谢，从而促进作物的生长，提高产量，改善品质。据报道，磷肥对产量的影响呈抛物线状，当磷肥增加到一定量后，产量不再增加;而且当钾固定时，磷可增加氮的增产效果，但磷达一定水平后，这种作用程度逐渐减小(刘明月等，1998)。1.2.2磷素营养与蔬菜品质ThomasW等 (1993)研究发现，植物缺磷，根系中ATP浓度降低，根系N仍向地上部转移，导致NR活性降低，PEP梭化酶活性上升，氨基酸在植物叶内累积，严重影响植物生长和硝酸盐的吸收与同化。磷对蔬菜氮素代谢的影响具有双重性:磷不足，不仅抑制蔬菜生长发育，也减少对硝态氮的吸收，可能降低硝态氮积累;磷充足时，既能促进硝酸盐还原同化，也增强植物对硝态氮的吸收，可能提高蔬菜硝态氮含量 。所以，磷对蔬菜硝酸盐含量的影响比较复杂，与蔬菜对硝酸盐的吸收、还原同化以及作物的生长有关。当硝酸盐吸收大于还原转化时，蔬菜体内硝态氮总量增加，如果这种增加超过了生长量的增加，则导致蔬菜硝态氮含量升高，表现为施磷促进硝态氮累积。相反，如果这种增加小于生长量的增加，则会因稀释效应引起蔬菜硝态氮的含量降低。李会合等(2004)研究发现，在等氮量盆栽试验条件下施磷可促进菠菜生长，使硝酸盐含量降低37.8%，可能是菠菜对磷的吸收增加后，促进了糖类转化和呼吸作用，从而有利于各种有机酸的形成，这些有机酸又可成为氨的受体，最终合成氨基酸和蛋白质，促进氮素代谢。植株体内无机磷含量和酸性磷酸醋酶活性能在一定程度上反映了磷的再利用能力。酸性磷酸酷酶是植物体内比较重要的水解酶类之一，它也是一种诱导酶，一方面可以活化生长环境中的磷，另一方面可以促进植物体内有机磷的重复利用。在碳水化合物的转化及蛋白质的合成中起着重要的作用。 刘景福等(1995)试验表明，大蒜施用磷肥可提高叶绿素的含量，其中叶绿素b变化不大，而叶绿素a在一定供磷水平内有随施磷量的增加呈上升的趋势。但是，应防止过量施用磷肥，因为过量磷肥较之适量磷肥处理的叶片SPS活性反而有所降低。磷是植物营养三要素之一，磷肥可以使植株根系快速扩展，吸收能力加强;磷能提高植物体内硝态氮的转化和利用，从而促进氮素代谢(蔡邵珍，1997)。温洋等(2005)研究表明，增施磷肥不仅可以显著增加首稽对磷的吸收，而且能不同程度地促进首稽对钾和钙的吸收。植物对矿质元素的吸收还与阳光的辐射及大气温度等有关，溶液的温度与P的吸收关系更为密切。1.3钾素对蔬菜生长和品质的影响1.3.1钾素营养与蔬菜生长钾是植物体内60多种合成酶、氧化酶和转移酶的活化剂，在碳水化合物代谢、呼吸作用及蛋白质代谢中起重要作用，被誉为“品质元素”。钾是植物所必需的三大营养元素之一，也是作物体内分布最多的一种金属元素。钾具有维持细胞膨压、提高光合效率、促进同化产物的运输、促进蛋白质和脂肪的合成及增强植物的抗性等多方面的生理作用(何念祖，1987)。对于正常植物来说，钾的主要功能体现在以下四个过程:(l)维持分生组织足够的膨压，(2)韧皮部装载光合产物，(3)叶绿体中能量的转化，(4)多种酶的激活。钾肥和氮磷肥配合施用对作物高产、优质的促进作用已经得到证实，特别是氮钾营养的交互作用尤为明显(祖艳群等，2000)。1.3.2钾素营养与蔬菜品质钾不是植物细胞结构组分，在植株体内不形成稳定的化合物呈离子状态存在，主要是以可溶性无机盐的形式存在于细胞中，也有的是以钾离子形态吸附在原生质胶体表面。钾在植物体内的功能主要是激活酶。钾可以促进叶绿素的合成，提高叶绿素的含量以促进光合作用，提高二氧化碳的同化率。钾对光合作用的各个环节，包括希尔反应、光合电子传递、光合磷酸化作用、二氧化碳的固定和同化以及光合产物的运输等方面都有促进作用。钾促进根对硝酸盐的吸收和转运，促进氨基酸向蛋白质合成的部位运输，钾还可以促进核酸和蛋白质的合成。钾在植物碳、氮代谢过程中起重要的调节作用，对品质形成非常关键。钾作为NO3一在植物体内运输的陪伴离子，可加速NO3一由根部向地上部的运输，促进NO3一的还原和利用。钾素营养充足，对NR诱导合成有促进作用，并能增强其活性，有利于硝酸盐的还原。蔬菜中的钾与硝酸盐含量呈极显著的负相关，其回归模型为衰减型指数曲线方程(Y=4709(0.0152)x)或指数方程(Y=13.564e一0.00228x)。施氯化钾和硫酸钾均可降低蔬菜体内硝酸盐含量，硫酸钾的肥效优于氯化钾。在相同氮磷供应的营养液中，与不施用钾相比，钾浓度为4mmol/L时小白菜和菠菜的硝态氮含量分别降低40.3%和27.6%，而当钾浓度为8mmol/L时，小白菜的硝态氮含量减少20.6%，菠菜却增加8.2%。Cometti等(2004)研究发现，在蔬菜生产中，施用氯化钾和硫酸钾能明显增加蔬菜糖分的含量，对改善蔬菜品质有良好作用。其原因在于钾在光合作用中起重要作用，能促进CO2的同化，供应适量钾素，可以增加植株体内碳水化合物的含量。然而，植物对钾具有奢侈吸收的特点，过量钾的供应，影响植株体内各离子间的平衡，使植株体内能量代谢和生物合成受到影响，出现可溶性搪含量降低的趋势。施用氯化钾和硫酸钾分别提高青菜还原糖含量7.9%和26.6%，施用硫酸钾的比氯化钾高 17.4%，硫酸钾提高蔬菜还原糖含量的作用优于氯化钾。钾肥的施用显著影响蔬菜体内氮素代谢，促进游离氨基酸的合成，增加蔬菜氨基酸含量，但不同的钾肥用量和品种效果有所不同。增施钾肥可增加作物对氮的吸收，提高氮素的利用率;在高钾水平下增施氮肥也可提高钾的吸收。研究证明，K+能提高植物体内硝酸还原酶的活性，充当NO 3一的一种泵，促进NO 3一在植物体内的同化。高浓度钾更有利于氮从根部向地上部运输 (Jiangweijie， 1991)。在高钾植株中，因为高浓度K+能使原生质胶体保持较高的水化度和粘滞性，则抑制植株对Ca2+、Mg2+的吸收(邹国元， 1999)。但有的试验证明，钾、钙、镁之间的交互作用在一定范围内正相关，超过一定范围两者则互相制约(慕成功，1995)。2.研究目的和意义生菜 (LactucasativaL.)为菊科葛苗属，一、二年生草本植物，又名叶用葛芭，它以生长期短，复种指数高，生长均匀整齐，清洁无污染、无虫害，商品率高而倍受青睐。生菜叶的乳汁中富含类倍半菇烯，如葛芭素，味苦，其能增强胃液，刺激消化，增进食欲，并具有镇痛、镇咳、清凉解毒、通乳、利尿和催眠(Zargari，A1989)的作用，另外葛芭素能够分解食物中的致癌物质亚硝胺，防止癌细胞的形成，所以生菜被奉为抗癌蔬菜。生菜营养价值高，富含矿物质、钙、磷、铁，亦含vA，Vc、尼克酸、蛋白质、脂肪、糖类、灰分及钾、镁等微量元素和食物纤维等多种营养物质，深受广大消费者喜爱。生菜原产于地中海沿岸，性喜冷凉、湿润及中等强度光照，是欧洲无土栽培的三大蔬菜之一。我国近年来在各大城市尤其是南方沿海各省的大城市有所发展，成为当前增加花式品种的蔬菜新秀。目前研究多集中于不同氮、磷、钾配比对砂培生菜株高(李树合等，2001)，生菜营养液配方与产量关系模型的研究(杨振超等，2002)，生菜生长与硝酸盐含量，不同基质与施肥配方对生菜产量和品质的影响(宋勇等，2002)以及生菜对无机养分吸收特征的研究(肖晓玲， 1999)等技术上，而对水培生菜生长、营养生理障碍及提高产品质量等综合指标的原理与技术等方面尚缺乏系统的研究。氮、磷、钾是蔬菜作物生长发育过程中所必需的三大营养元素，对蔬菜的生长和品质有着极为重要的影响。氮、磷、钾养分与合理施肥技术的研究是一项十分重要的基础性、常规性的工作，有利于提高资源的有效利用率，降低生产成本，提高作物产量和农产品质量，减少生态环境污染。需要在理论上和生产实践中实现宏观指导和微观技术调控养分平衡的目标，提高肥力利用水平，合理利用资源，促进农业的可持续发展(张树清，2004)。李士敏(2005)试验结果表明，氮素对朝天椒的产量作用效果大于磷、钾，氮肥施用量达到24g/m2以上时，适当的增施P，K肥能为朝天椒的增产奠定良好的物质基础。徐加林(2005)研究了不同浓度营养液处理对水培生菜生长和品质的影响，结果表明，1/2单位营养液浓度处理地上部和根的鲜重、干重、叶片数、叶长、叶宽、叶片含水量最高。氮磷钾调控是对营养液配方的验证和修正，是营养液调控中的关键技术，是水培生菜实现节约化工厂化生产的基础，深入研究水培条件下生菜的氮磷钾调控技术，对于分析氮磷钾供应对水培生菜的生长发育规律，揭示氮磷钾供应与产量和品质之间的定量关系，确立不同氮、磷、钾浓度与水培生菜产量、品质、光合作用、呼吸作用和矿质营养之间的定量关系，实现生菜生长发育的精确控制具有重要意义。本文在一前人研究基础上，研究氮磷钾营养供应对生菜生长和品质的影响，探寻氮磷钾浓度与生长和品质调控的平衡点，确立不同氮、磷、钾浓度供应与水培生菜产量、品质的定量关系，寻求适合水培生菜生产的经济有效氮磷钾调控技术，以期为水培生菜的高效栽培提供理论依据，课题对实现水培生菜的高效生产具有重要的实际指导意义。参考文献1.成瑞喜，韦江群，刘景富.磷水平与大蒜产量和品质的关系.中国蔬菜，19972.郭熙盛，吴礼树.施用氮钾肥料对蔬菜品质影响的研究进展.华中农业大学学报，20023.郭熙盛，朱宏斌，王文军等.不同氮钾水平对结球甘蓝产量和品质的影响.植物营养与肥料学报，2004.高清华，叶正文，章镇，李世诚，吴饪良，苏明申.不同时期施钾肥对油桃幼树光合特性的影响.莱阳农学院学报，20055.黄绍文，孙桂芳，金继运，左余宝，何萍.氮、磷和钾营养对优质玉米子粒产量和营养品质的影响.植物营养与肥料学报，20046.姜东，于振文，李永庚等.冬小麦叶茎粒可溶性搪含量变化及其与籽粒淀粉积累的关系.麦类作物学报，20017.江力，张荣铣，不同氮钾水平对烤烟光合作用的影响.安徽农业大学学报，2000，8.林多，黄月一枫.钾素水平对基质栽培网纹甜瓜光合及品质的影响.园艺学报，20039.林启美，黄德明.番茄磷定量诊断的可能性指标一酸性磷酸醋酶.北京农业科学，1991，9(2):l一710.刘宏斌，李志宏，张云责等.北京市农田土壤硝态氮的分布与累积特征.中国农业科学，200411.刘景福，成瑞喜，徐芳森.磷肥对大蒜产量和品质的影响.湖北农业科学，199512.AseeneioJ.GrowthstrategiesandutilizationofPhosPhorusinCajanuseaj